EP0614039A1 - Procédé et installation de fourniture de gaz à un poste d'utilisation sur un site utilisateur - Google Patents

Procédé et installation de fourniture de gaz à un poste d'utilisation sur un site utilisateur Download PDF

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EP0614039A1
EP0614039A1 EP94400436A EP94400436A EP0614039A1 EP 0614039 A1 EP0614039 A1 EP 0614039A1 EP 94400436 A EP94400436 A EP 94400436A EP 94400436 A EP94400436 A EP 94400436A EP 0614039 A1 EP0614039 A1 EP 0614039A1
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Definitions

  • the present invention relates to a method of supplying at least one pure active gas to at least one use station in a first building of a user site, in particular for supplying so-called specialty gases ("specialty gases”) ) in the manufacturing industries of electronic components, liquid crystal displays “LCD” or photocells.
  • specialty gases so-called specialty gases
  • Special active gases, or special gases for electronics are generally dangerous gases, because of their toxicity and / or their flammability, and must, for the envisaged applications, have high purity, ie that is to say, be free from polluting or contaminating impurities. It is the same for gases not qualified as active, typically neutral, used as carrier gas for metered quantities of pure active gas or as purge gas from user stations or associated equipment.
  • the active gases cover a wide range, including in particular silanes, diboranes, arsine, phosphine, ammonia, corrosive agents, in particular acids, fluorides and chlorides, the carrier or purge gases essentially comprising l , hydrogen and helium.
  • these bottles containing high pressure gases up to 150 x 105 Pa
  • the special gas cabinets must, in addition to their distribution function, include devices for depressurizing these gases to bring them to low pressures usable in user stations, generally of the order of 4 or 5 x 105 Pa or less.
  • the frequent change of bottles means that the quality of the gas must be checked regularly (purity and / or mixing rate), which may vary depending on the batches of bottles, the interior condition of the latter and the condition of their valve. .
  • the object of the present invention is to propose a simplified method of supplying gas eliminating most of the above-mentioned drawbacks and granting the user increased flexibility and security of use.
  • the method comprises the steps of fitting out, on the user site, a second security building at a distance from the first building, of fitting out at least one source of active gas in this second building and to transfer, by at least one high cleanliness safety pipe, the gas, at a low pressure, typically less than 5 ⁇ 105 Pa, to the station of use.
  • the method according to the invention makes it possible to eliminate the abovementioned problems due to the change of bottles, in particular the problems of handling, of reversing the bottles and the risks of contamination when these bottles are changed in the bottles.
  • special gas cabinets reduce operating costs for the user and avoid the risk of accidents inherent in high pressure gas cylinders.
  • the present invention also relates to a gas supply installation for the implementation of such a method, comprising a second security building disposed at a distance from the first building containing the use station and containing at least one source of said gas. active, and at least one high cleanliness safety pipe connecting the source to the user station in the first building.
  • a first building A containing at least one room L1, L2, having a high cleanliness class and in which is disposed at least one use station Pi, for example a thin film deposition machine on a wafer of semiconductor material.
  • a security building B is erected, provided with the required security installations (enclosed explosion-proof premises with conditioning and control of atmosphere and detection of leaks) comprising a series of isolated parts the from each other R ij .
  • building B near which is erected a cryogenic unit 1 for producing high purity nitrogen, of the so-called HPN type or with a liquid nitrogen tank and evaporator, conventionally used to supply neutral gas to the use stations P i , has a first section R1 with, in a room R11, an apparatus 2 for in situ generation of phosphine (which is a dopant for silicon) producing impure phosphine at the outlet, at medium pressure, which can be analyzed by an analyzer 3 and which is sent to a purification device 4.
  • phosphine which is a dopant for silicon
  • the purified phosphine, analyzed by an analyzer 5, is sent to an in situ mixing device 6 also receiving a flow of pure nitrogen at medium pressure from unit 1 and providing at the outlet a predetermined controlled mixture of nitrogen and small quantities of phosphine analyzed continuously by a 5 'analyzer.
  • a first room R21 contains bottles or, advantageously, two frames ("bundles") 7 each containing several bottles of monosilane under pressure, one of the frames providing, after expansion to a pressure of the order of 10 x 105 Pa, the monosilane, which can be analyzed by an analyzer 8, at an in situ mixing device 9 also receiving a flow of pure nitrogen from unit 1 to provide a controlled predetermined mixture as an output nitrogen and small amounts of silane analyzed continuously by an 8 'analyzer.
  • a reservoir 10 or apparatus for in situ generation of an acid typically hydrochloric acid, hydrobromic acid or hydrofluoric acid, which is addressed to medium pressure to a purification device 11 placed in an adjacent room R32 and which typically supplies two gates with a high purity gaseous acid analyzed by an analyzer 12.
  • an acid typically hydrochloric acid, hydrobromic acid or hydrofluoric acid
  • the different gas outlets of the security building B are connected to one or more of the user stations P i in the building A by respective pipes C each comprising a high quality central transfer pipe.
  • a neutral gas for example nitrogen

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Abstract

A distance du bâtiment (A) renfermant le poste utilisateur (Pi), est aménagé un bâtiment de sécurité (B) renfermant au moins une source (2 ; 7 ; 10) de gaz actif, par exemple un appareil (2) de production in situ de ce gaz actif, avantageusement associée à un appareil de purification (4), pour fournir le gaz actif, éventuellement mélangé de façon contrôlée (en 6) avec un gaz vecteur provenant d'une source propre (1), via une canalisation de sûreté à haute propreté (C), au poste d'utilisation (Pi). Application notamment à la fabrication de composants électroniques.

Description

  • La présente invention concerne un procédé de fourniture d'au moins un gaz actif pur à au moins un poste d'utilisation dans un premier bâtiment d'un site utilisateur, en particulier pour la fourniture de gaz spéciaux dits de spécialité ("speciality gases") dans les industries de fabrication de composants électroniques, d'écrans à cristaux liquides "LCD" ou de cellules photo-électriques.
  • Les gaz actifs spéciaux, ou gaz spéciaux pour l'électronique (ESG), sont des gaz en général dangereux, du fait de leur toxicité et/ou de leur inflammabilité, et doivent, pour les applications envisagées, présenter une haute pureté, c'est-à-dire être exempts d'impuretés polluantes ou contaminantes. Il en est de même pour les gaz non qualifiés d'actifs, typiquement neutres, utilisés comme gaz vecteurs de quantités dosées de gaz actif pur ou comme gaz de purge des postes d'utilisation ou des équipements associés. Les gaz actifs couvrent une large palette, comprenant notamment les silanes, les diboranes, l'arsine, la phosphine, l'ammoniac, des agents corrosifs, notamment des acides, des fluorures et des chlorures, les gaz vecteurs ou de purge comprenant essentiellement l'azote, l'hydrogène et l'hélium.
  • Actuellement, les gaz spéciaux sont conditionnés, purs ou en mélange avec un gaz vecteur pur, dans des bouteilles spécialement traitées de tailles diverses et sous des pressions élevées également diverses. Ces bouteilles sont actuellement aménagées, dans le bâtiment du poste d'utilisation, dans des armoires de gaz spéciaux équipées de systèmes de sécurité et de systèmes de purge pour éviter la contamination des gaz spéciaux à haute pureté au moment du changement de bouteilles. Ces systèmes actuels présentent des très nombreux inconvénients. Ainsi, la taille limitée des bouteilles impose des changements fréquents dans les armoires de gaz spéciaux qui, outre les problèmes de substitution et de manipulation malaisées des bouteilles, imposent à l'utilisateur de disposer, aux alentours du bâtiment, de zones de stockage de bouteilles pleines de réserve et de bouteilles vides en attente de leur retour chez le fournisseur, qui, comme les armoires de gaz spéciaux, occupent un espace non négligeable sur le site de l'utilisateur, d'autant que ce dernier dispose en général de toute une gamme de bouteilles contenant divers gaz spéciaux purs ou en mélange. D'autre part, ces bouteilles contenant des gaz à haute pression (pouvant atteindre 150 x 10⁵ Pa), les armoires de gaz spéciaux doivent, en sus de leur fonction de distribution, comporter des dispositifs de dépressurisation de ces gaz pour les ramener à des pressions basses exploitables dans les postes d'utilisation, généralement de l'ordre de 4 ou 5 x 10⁵ Pa ou moins. Enfin, le changement fréquent des bouteilles impose de vérifier régulièrement la qualité du gaz (pureté et/ou taux de mélange) qui peut varier en fonction des lots de bouteilles, de l'état intérieur de ces dernières et de l'état de leur robinet.
  • La présente invention a pour objet de proposer un procédé simplifié de fourniture de gaz éliminant la plupart des inconvénients sus-mentionnés et octroyant à l'utilisateur une souplesse et une sécurité d'emploi accrues.
  • Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le procédé comprend les étapes d'aménager, sur le site utilisateur, un deuxième bâtiment de sécurité à distance du premier bâtiment, d'aménager au moins une source du gaz actif dans ce deuxième bâtiment et de transférer, par au moins une canalisation de sûreté à haute propreté, le gaz, à une pression basse, typiquement inférieure à 5 x 10⁵ Pa, au poste d'utilisation.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • le gaz est purifié dans le deuxième bâtiment avant son transfert à la canalisation ;
    • le gaz pur est élaboré, éventuellement purifié in situ dans le deuxième bâtiment, sa pureté et/ou son taux de mélange avec un gaz vecteur étant également analysé dans le deuxième bâtiment.
  • Comme on le comprendra, le procédé selon l'invention permet de supprimer les problèmes sus-mentionnés dûs au changement de bouteilles, notamment les problèmes de manipulation, d'interversion des bouteilles et les risques de contamination au moment du changement de ces bouteilles dans les armoires de gaz spéciaux, de réduire les coûts d'exploitation pour l'utilisateur et d'éviter les risques d'accidents inhérents aux bouteilles de gaz sous haute pression.
  • La présente invention a également pour objet une installation de fourniture de gaz pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, comprenant un deuxième bâtiment de sécurité disposé à distance du premier bâtiment renfermant le poste d'utilisation et renfermant au moins une source dudit gaz actif, et au moins une canalisation de sûreté à haute propreté reliant la source au poste d'utilisation dans le premier bâtiment.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé, sur lequel :
       - la figure unique représente schématiquement une implantation sur un site utilisateur d'une installation de fourniture de gaz spéciaux selon l'invention.
  • Sur la figure unique, on a représenté un premier bâtiment A renfermant au moins un local L1, L2, présentant une classe de propreté élevée et dans lequel est disposé au moins un poste d'utilisation Pi, par exemple une machine de dépôt de couche mince sur une tranche de matériau semi-conducteur.
  • Selon l'invention, à distance du bâtiment A, est érigé un bâtiment de sécurité B, pourvu des installations de sécurité requises (locaux clos anti-déflagrants avec conditionnement et contrôle d'atmosphère et détection de fuites) comportant une série de pièces isolées les unes des autres Rij. Dans l'exemple représenté, le bâtiment B, à proximité duquel est érigée une unité cryogénique 1 de production d'azote de haute pureté, du type dit HPN ou à réservoir d'azote liquide et évaporateur, classiquement utilisé pour alimenter en gaz neutre les postes d'utilisation Pi, comporte une première section R₁ avec, dans une pièce R₁₁, un appareil 2 de génération in situ de phosphine (qui est un dopant pour le silicium) produisant en sortie de la phosphine impure, à une moyenne pression, qui peut être analysée par un analyseur 3 et qui est adressée à un dispositif de purification 4. La phosphine purifiée, analysée par un analyseur 5, est adressée à un dispositif de mélange in situ 6 recevant également un flux d'azote pur à moyenne pression en provenance de l'unité 1 et fournissant en sortie un mélange contrôlé prédéterminé d'azote et de faibles quantités de phosphine analysé en continu par un analyseur 5'. Dans une autre section R₂ du bâtiment B, une première pièce R₂₁ renferme des bouteilles ou, avantageusement, deux cadres ("bundles") 7 contenant chacun plusieurs bouteilles de monosilane sous pression, un des cadres fournissant, après détente à une pression de l'ordre de 10 x 10⁵ Pa, le monosilane, qui peut être analysé par un analyseur 8, à un dispositif de mélange in situ 9 recevant également un flux d'azote pur en provenance de l'unité 1 pour fournir en sortie un mélange contrôlé prédéterminé d'azote et de faibles quantités de silane analysé en continu par un analyseur 8'. Dans une première pièce R₃₁ d'une autre section R₃ est disposé un réservoir 10 ou appareil de génération in situ d'un acide, typiquement de l'acide chlorhydrique, de l'acide bromhydrique ou de l'acide fluorhydrique, qui est adressé à moyenne pression à un dispositif de purification 11 disposé dans une pièce adjacente R₃₂ et qui fournit, typiquement en deux sorties, un acide gazeux à haute pureté analysé par un analyseur 12.
  • Comme on le voit sur la figure, les différentes sorties de gaz du bâtiment de sécurité B sont reliées à un ou plusieurs des postes d'utilisation Pi dans le bâtiment A par des canalisations respectives C comportant chacune une tubulure centrale de transfert de haute qualité, à surface intérieure traitée, par exemple électropolie, disposée dans une gaine de sécurité G dans laquelle circule un gaz neutre, par exemple de l'azote, analysé en continu pour détecter d'éventuelles fuites du gaz actif à pression basse dans la tubulure centrale.
  • Comme on le voit également sur la figure unique, par sécurité, en cas de disfonctionnement momentané ou de panne d'un dispositif de mélange, tel que 6 et 9, on adjoint, à la section correspondante, au moins une bouteille 13, 14 contenant un mélange préconditionné correspondant à celui normalement disponible en sortie du dispositif de mélange 6, 9 et connectable à la canalisation correspondante C.
  • Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des exemples particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Claims (10)

  1. Procédé de fourniture d'au moins un gaz actif pur à au moins un poste d'utilisation (Pi) dans un premier bâtiment (A) d'un site utilisateur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes d'aménager, sur le site utilisateur, un deuxième bâtiment de sécurité (B) à distance du premier bâtiment (A), d'aménager au moins une source (2 ; 7 ; 10) dudit gaz dans le deuxième bâtiment (B), et de transférer, par au moins une canalisation de sureté à haute propreté (C), le gaz, à une pression basse, au poste d'utilisation (Pi).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de purifier (4 ; 11) le gaz dans le deuxième bâtiment (B) avant transfert à la canalisation (C).
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'élaborer in situ (2, 4 ; 10, 11) le gaz pur dans le deuxième bâtiment (B).
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes d'aménager, au voisinage du deuxième bâtiment (B), au moins une source de gaz vecteur (1) et de mélanger de façon contrôlée (6 ; 9), dans le deuxième bâtiment (B), le gaz actif pur au gaz vecteur avant transfert du mélange à la canalisation (C).
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'analyser (3 ; 5, 5' ; 8, 8' ; 12), dans le deuxième bâtiment (B), la pureté et/ou le taux de mélange du gaz actif et/ou d'un mélange de gaz contenant le gaz actif, avant transfert à la canalisation (C).
  6. Installation de fourniture d'au moins un gaz actif pur à au moins un poste d'utilisation (Pi) dans un premier bâtiment (A) d'un site utilisateur, caractérisée en ce qu'elle comprend un deuxième bâtiment de sécurité (B) disposé à distance du premier bâtiment (A) et renfermant au moins une source (2 ; 7 ; 10) dudit gaz actif, et au moins une canalisation de sûreté à haute propreté (C) reliant la source de gaz au poste d'utilisation (Pi).
  7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le deuxième bâtiment (B) renferme un dispositif (4 ; 11) de purification du gaz actif interposé entre la source (2 ; 10) et la canalisation (C).
  8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la source de gaz est une unité (2 ; 10) de génération in situ dudit gaz.
  9. Installation selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins une source de gaz vecteur (1) et en ce que le deuxième bâtiment (B) renferme, en amont de la canalisation (C), un dispositif (6 ; 9) de mélange de gaz relié à la source de gaz actif (2 ; 7) et à la source de gaz vecteur (1) pour fournir à la canalisation (C) un mélange contrôlé desdits gaz.
  10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans le deuxième bâtiment (B), au moins un réservoir additionnel (13 ; 14) dudit mélange de gaz connectable à la canalisation (C).
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